高能強(qiáng)相互作用模型的驗(yàn)證和芯探測(cè)器模擬.pdf

1、目前對(duì)于能量小于1014eV的原初宇宙線成分和能譜，可以通過衛(wèi)星、飛船等航天器或高空氣球搭載粒子探測(cè)器在高空直接測(cè)量大氣層外的原初宇宙線，即所謂直接測(cè)量。但是對(duì)于能量大于1014eV的高能宇宙線只能依賴地面對(duì)大氣簇射(Air Shower)的測(cè)量，即所謂間接測(cè)量。要解釋間接測(cè)量所觀測(cè)到的AS數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)蒙特卡羅模擬是不可欠缺的。而在計(jì)算機(jī)蒙特卡羅里，各種強(qiáng)相互作用模型是建立在一些理論模型上的，這些理論模型在低能段已被加速器實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證，但

2、是存在兩個(gè)方面的問題：1)在加速器實(shí)驗(yàn)還達(dá)不到的高能區(qū)，只好把低能段的結(jié)果進(jìn)行外推，供高能段進(jìn)行使用；2)在強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)已達(dá)到的能區(qū)，由于朝前區(qū)是測(cè)量的死角，只好作一些假設(shè)(例如Feynman scaling，或準(zhǔn)scaling，或scaling破壞)，放到蒙特卡羅模型里。高能強(qiáng)相互作用模型中的這種不確定性，特別是朝前區(qū)作用模型中的不確定性，對(duì)宇宙線簇射發(fā)展的蒙特卡羅模擬影響很大，造成了對(duì)空氣簇射現(xiàn)象的物理分析中所得結(jié)果的不確定性。針

3、對(duì)“膝”區(qū)宇宙線成分研究中存在的問題，近年來提出了進(jìn)一步檢驗(yàn)和改進(jìn)高能強(qiáng)相互作用模型的要求。
　　 西藏羊八井ASγ實(shí)驗(yàn)是國(guó)際合作(中國(guó)和日本)的地面宇宙線觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)位于東經(jīng)90.53°，北緯30.11°，海拔高度為4300m，對(duì)應(yīng)的大氣深度是606g/cm2。由于羊八井具有高海拔的地理?xiàng)l件，通過測(cè)量宇宙線空氣簇射芯區(qū)的高能帶電粒子，對(duì)高能強(qiáng)相互作用模型進(jìn)行驗(yàn)證，具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。因此2009年4月在西藏羊八井中日國(guó)際合作A

4、Sγ實(shí)驗(yàn)開展起新的復(fù)合式探測(cè)器的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)。該聯(lián)合實(shí)驗(yàn)包含一種新近開發(fā)的空氣簇射軸芯高能電磁成分的探測(cè)器(YAC，Yangbajing Air shower Coredetector)，廣延大氣簇射陣列(Tibet-Ⅲ)，以及μ子探測(cè)器(MD)。
　　 YAC計(jì)劃分為三期，各個(gè)階段都可以得到相應(yīng)的物理結(jié)果。YAC-Ⅰ是通過多參數(shù)測(cè)量，來檢驗(yàn)?zāi)壳按髿饽M里的高能強(qiáng)相互作用模型。本論文將利用YAC-Ⅰ的16臺(tái)芯探測(cè)器收集到的最新實(shí)驗(yàn)數(shù)

5、據(jù)展開對(duì)*10TeV能區(qū)高能強(qiáng)相互作用模型的驗(yàn)證。YAC-Ⅱ和YAC-Ⅲ是為了測(cè)量從50TeV到100PeV橫跨三個(gè)量級(jí)高精度的原初宇宙線單成分的能譜。
　　 YAC-Ⅰ從2009年4月1日開始成功采集數(shù)據(jù)，當(dāng)16臺(tái)芯探測(cè)器中任一臺(tái)的信號(hào)輸出大于10mV時(shí)，就會(huì)觸發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，觸發(fā)率為30Hz，并成功與Tibet-Ⅲ陣列實(shí)現(xiàn)了聯(lián)合觀測(cè)，其中Tibet-Ⅲ陣列測(cè)量宇宙線的能量和到來的方向，YAC-Ⅰ能測(cè)到高能軸芯事例的一些物理特

6、征量，這些物理量反映了不同原初宇宙線核種的信息。因此，可用來鑒別初級(jí)宇宙線核種。本論文利用Tibet-Ⅲ和YAC-Ⅰ的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)得到宇宙線次級(jí)粒子的∑Nb譜，最大粒子數(shù)Ntopb譜、橫向分布＜R＞的分布、著火探測(cè)器的數(shù)目Nd分布以及其它一些物理參量，然后與QGSJET01c、SIBYLL2.1的計(jì)算機(jī)蒙特卡羅結(jié)果相比較，從而檢驗(yàn)高能強(qiáng)相互作用模型中的非彈性碰撞截面、作用非彈性度、橫動(dòng)量和Feynman-xF前方分布等的正確性。最新分析結(jié)果

7、顯示，新聯(lián)合實(shí)驗(yàn)可以很好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的物理目標(biāo)。通過模擬與實(shí)驗(yàn)的比較，說明這兩種強(qiáng)相互作用模型在80TeV能區(qū)附近，在30％的誤差范圍內(nèi)能夠給出與實(shí)驗(yàn)相符的事例絕對(duì)強(qiáng)度，能夠給出與主要實(shí)驗(yàn)分布相符的譜形。因此，可以認(rèn)為在這個(gè)能區(qū)，這兩種強(qiáng)相互作用模型采用的非彈性截面、非彈性度、Feynman scaling行為等在30％范圍內(nèi)是可信的。更仔細(xì)的檢驗(yàn)，以及推到較高能量的檢驗(yàn)，有待積累更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)一步開展。
　　 另外，本論文進(jìn)行